Carroll & Knauss(2005)による〔『Dependence of labradorite dissolution kinetics on CO2(aq), Al(aq), and temperature』(213p)から〕

『ラブラドライトのCO2(溶存)・Al(溶存)・温度に対する依存性』


Abstract
 Labradorite (Ca0.6Na0.4Al1.6Si2.4O8) dissolution rates were measured using a mixed flow reactor from 30 to 130℃ as a function of dissolved CO2 (1.2×10-5 and 0.6 M), and aluminum (10-6 to 10-3 M) at pH 3.2. Over these experimental conditions, labradorite dissolution can be described with a single rate expression that accounts for observed increases in dissolution rate with increasing temperature and decreases in dissolution rate with increasing dissolved aluminum:
 tSi Rate (mol Labradorite cm-2s-1 = k ×10-Ea/2.303RT[(aH+3n)/aAl3+n)KT/(1+KT(aH+3n/aAl3+n))]     (A1)
where the apparent dissolution rate constant, k =10-5.69(mol Labradorite cm-2 s-1) and the net activation energy, Ea = 10.06 (kcal mol-1). This temperature-dependent rate expression is partly based on the model proposed by Oelkers et al.(1994) [Oelkers,E.H., Schott,J., Devidal,J., 1994. The effect of aluminum, pH, and chemical affinity on the rates of aluminosilicate dissolution reactions. Geochim.Cosmochim.Acta, 58, 2011-2024.] in which the dependence of silicate dissolution rates on dissolved aluminum in acidic solutions is attributed to H+-Al3+ exchange at the mineral surface and formation of silica-rich surface complexes. For this exchange reaction, regression of the experimental data yield a stoichiometric coefficient n =0.31 and an enthalpy of reaction ΔH =0.54 (kcal mol-1). The temperature dependence of the silica-rich surface complex formation constant, KT, was estimated from the van't Hoff equation and yielded KT =4.49 to 5.61 from 30 to 130℃. Elevated CO2(aq) concentrations enhance mineral dissolution indirectly by acidifying solution pH. At temperatures below 100℃, labradorite dissolves incongruently with preferential dissolution of Na, Ca, and Al over Si.

Keywords: CO2 sequestration; Feldspar; Kinetics』

要旨
 ラブラドライト(Ca0.6Na0.4Al1.6Si2.4O8)溶解速度が、pH 3.2 で溶存CO2 (1.2×10-5 および 0.6 モル濃度)とアルミニウム(10-6〜10-3モル濃度)の関数として30〜130℃において混合フロー反応器を用いて測定された。これらの実験条件にわたり、ラブラドライト溶解は、温度の増加とともに溶解速度は増加するとともに溶存アルミニウムの増加とともに溶解速度は減少するという測定結果を説明する単一の反応式で表現できる:

 tSi 速度(ラブラドライト・モル/cm2/秒)= k ×10-Ea/2.303RT[(aH+3n)/aAl3+n)KT/(1+KT(aH+3n/aAl3+n))]     (A1)

ここで、見かけの溶解速度定数 k =10-5.69(ラブラドライト・モル/cm2/秒)、 正味活性化エネルギー Ea = 10.06(kcal/モル)である。この温度依存速度式は、部分的にOelkers et al.(1994) [Oelkers,E.H., Schott,J., and Devidal,J.(1994):The effect of aluminum, pH, and chemical affinity on the rates of aluminosilicate dissolution reactions.(アルミノ珪酸塩溶解反応の速度に与えるアルミニウム・pH・化学親和力の影響) Geochim.Cosmochim.Acta, 58, 2011-2024.] によって提案されたモデルに基づいており、そこでは酸性溶液中の溶存アルミニウムに対する珪酸塩溶解速度の依存性は鉱物表面のH+−Al3+イオン交換とシリカに富む表面錯体の形成によっている。この交換反応について実験データの回帰から、化学量論的係数 n =0.31 および反応のエンタルピーΔH =0.54(kcal/モル)が与えられる。シリカに富む表面錯体生成定数の温度依存性 KTはファント・ホッフ式から見積られ、30〜130℃で KT =4.49〜5.61となった。CO2(aq) 濃度が高いと、溶液pHを酸性化することで間接的に鉱物溶解を促進する。100℃以下の温度で、ラブラドライトはインコングリュエント(不一致、不調和)にSiよりもNa・Ca・Alが優先的に溶解する。』

1. Introduction
2. Experimental methods
 2.1. Materials
 2.2. Mixed flow reactor
 2.3. Atomic force microscope
3. Results and discussion
 3.1. Incongruent labradorite dissolution
 3.2. Effect of CO2(aq)
 3.3. Effect of dissolved aluminum and temperature
 3.4. Dissolution and growth features
4. Summary
Acknowledgements
References



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